Neueste Ergebnisse von DAMA - Evidenz für Dunkle Materie?

Neueste Ergebnisse von DAMA – Evidenz für dunkle Materie?
Nenad Balaneskovic
25. Juni 2009
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Friedmann­Modell und dunkle Materie (DM)
Klassifizierung der DM­Objekte
Axionen und der Primakoff­Effekt
Experimentelle Anforderungen
Messweise des DAMA­Experiments
Aufbau des DAMA­Experiments
Messergebnisse
Schlussfolgerungen und Ausblick
Inhalt
25.06.2009
Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
2
Robertson­Walker­Metrik
Einstein­Feldgleichungen
Materieverteilung idealer Flüssigkeit
mit
Skalenfaktor
kosmologische Konstante
Materiedichte
Friedmann­Modell
dimensionslos:
Vakuumenergiedichte
kritische Dichte
Krümmung
Hubble­Konstante
1. Friedmann­Modell und DM
25.06.2009
Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
3
Robertson­Walker­Metrik
Einstein­Feldgleichungen
Materieverteilung idealer Flüssigkeit
mit
Skalenfaktor
kosmologische Konstante
Materiedichte
Friedmann­Modell
dimensionslos:
Vakuumenergiedichte
kritische Dichte
Krümmung
Heute
:
Hubble­Konstante
baryonische Materie
(flaches Universum)
dunkle Materie
1. Friedmann­Modell und DM
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Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
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­Bestimmung der Massenverteilung von Galaxienhaufen durch Gravitationslinseneffekt. Links: Contourplot der Massendichte des Galaxien­Clusters 1E 0657­558; Rechts: Chandra­Contouraufnahme der Massendichteverteilung desselben Clusters. Weiße Skalenlinie symbolisiert den 200 kpc­Abstand. Aufgetragen: Deklination gegen die Rektaszension. Clowe, D. et al.: www.arxiv.org astro­ph/0608407v1 (2006).
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Rotationskurve der Sterne, die sich um das Galaxienzentrum drehen. Entfernungsbestimmung
aus der Photometrie, Rotations­
Geschwindigkeit aus der Radio­
Astronomie (Doppler­Effekt +
Strahlungsrotverschiebung). Newton: Die Rotationsgeschwindigkeit sollte sich für asymp­
totisch dem Nullwert mit nähern (Kepler­Gesetz).
Stattdessen: Die Rotationskurve wird für flach!
Schlussfolgerung: DM ist verantwortlich für die Konstanz der Rotationsgeschwindigkeit! 25.06.2009
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Virial­Satz (statistische Annahme): Die Summe der kinetischen Energie
von astronomischen Objekten einer gravitativ gebundenen Galaxiengruppe muss der Hälfte der potenziellen Energie dieses Galaxiensystems entsprechen. Gravitationskonstante
Gesamtmasse (Galaxienhaufen)
Abstand zum Zentrum des
Galaxienhaufens
Rotationsgeschwindigkeit
Anwendung des Virialsatzes auf die Messdaten des Massenspektrums diverser Galaxienhaufen ergibt eine 10­fach höhere Masse des
Galaxienhaufens als mit der sichtbaren Materie erklärbar! Schlussfolgerung: für den unsichtbaren „Massenrest“ könnte die DM
verantwortlich sein.
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ist sichtbare Materie, besteht aus abgekühlten Weißen Zwergen, supermassiven Schwarzen Löchern, Hintergrundstrahlung (CMB). kann nicht allein aus der Abzählung sichtbarer Galaxien gewonnen
werden. Rein baryonische DM widerspricht der primordialen Nukleo­
synthese. 2. Klassifizierung der DM­Objekte
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ist sichtbare Materie, besteht aus abgekühlten Weißen Zwergen, supermassiven Schwarzen Löchern, Hintergrundstrahlung (CMB). kann nicht allein aus der Abzählung sichtbarer Galaxien gewonnen
werden. Rein baryonische DM widerspricht der primordialen Nukleo­
synthese. bildet den größeren Materieanteil. Einteilung in: 1. Heiße DM (HDM): relativistische Teilchen, geringer Masse wie z. B. Neutrinos. Problem: Neutrinomasse zu klein, um allein DM zu bilden + rein aus HDM­Teilchen bestehende DM kollidiert mit dem
„Bottom­Top­Szenario“ der kosmischen Strukturenbildung. 2. Klassifizierung der DM­Objekte
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(1)
Planck­Zeit;
(2)
„Urkraft“;
(3)
„Inflation“;
(4)
Quarks
und Gluonen entstehen;
(5)
Quark­
­Gluon­Plasma (QGP);
(6)
Bildung von
Baryonen;
(7)
H, He, Li entstehen; (8)
Neutrale
Atome entstehen; (9)
Sterne und Galaxien entstehen.
Mit freundlicher Genehmigung von Prof. Dr. D. Hoffmann.
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ist sichtbare Materie, besteht aus abgekühlten, Weißen Zwergen, supermassiven Schwarzen Löchern, Hintergrundstrahlung (CMB). kann nicht allein aus der Abzählung sichtbarer Galaxien gewonnen
werden. Rein baryonische DM widerspricht der primordialen Nukleo­
synthese. bildet den größeren Materieanteil. Einteilung in: 1. Heiße DM (HDM): relativistische Teilchen, geringer Masse wie z. B. Neutrinos. Problem: Neutrinomasse zu klein, um allein DM zu bilden + rein aus HDM­Teilchen bestehende DM kollidiert mit dem
„Bottom­Top­Szenario“ der kosmischen Strukturenbildung. 2. Kalte DM (CDM): nicht relativistische Teilchen, nicht aus dem Standardmodell, schwach mit wechselwirkend und elektrisch
neutral. Masse bis . CDM­Kandidaten: WIMPs (Weakly
Interacting Massive Particles) oder Axionen, noch unbeobachtet.
2. Klassifizierung der DM­Objekte
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Sumner, T.: http://relativity.livingreviews.org/Articles/lrr­2002­4/.
Braune und Weiße Zwerge und andere massereiche
baryonische DM­Objekte werden auch MACHOs (Massive Astrophysical
Compact Halo Objects) genannt. Sie machen jedoch nur 20 % der DM
aus!
Alternative Gravitationstheorien: MOND (MOdified Newtonian
Dynamics). Annahme: veränderte r­Abhängigkeit des Newtonschen
Gravitationsgesetzes verantwortlich für DM­Effekt.
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besteht aus HDM­Teilchen (kleiner Teil) + CDM­Teilchen (großer Teil) DM­Kandidaten erfassen:
1. Axionen: ursprünglich nicht­supersymmetrisch eingeführt, um das CP­Problem der QCD zu lösen. 2. WIMPs: Teilchen aus der Theorie der Supersymmetrie (SUSY) wie Gravitino (fermionischer Spin­3/2­Pendant des Gravitons), Neutralino (leichteste SUSY­Teilchen), Axino (Spin­1/2 Superpartner des Axions). Sie werden auch LSPs (Lightest Supersymmetric Particles)
genannt. Das DAMA/LIBRA­Experiment sucht, genauso wie sein Vorgänger DAMA­NaI, nach LSPs, seit 2005 wird jedoch auch nach Axionen
gesucht! 25.06.2009
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besteht aus HDM­Teilchen (kleiner Teil) + CDM­Teilchen (großer Teil) DM­Kandidaten erfassen:
1. Axionen: ursprünglich nicht­supersymmetrisch eingeführt, um das CP­Problem der QCD zu lösen. 2. WIMPs: Teilchen aus der Theorie der Supersymmetrie (SUSY) wie Gravitino (fermionischer Spin­3/2­Pendant des Gravitons), Neutralino (leichteste SUSY­Teilchen), Axino (Spin­1/2 Superpartner des Axions). Sie werden auch LSPs (Lightest Supersymmetric Particles)
genannt. Das DAMA/LIBRA­Experiment sucht, genauso wie sein Vorgänger DAMA­NaI, nach LSPs, seit 2005 wird jedoch auch nach Axionen
gesucht! WIE KÖNNEN AXIONEN NACHGEWIESEN WERDEN?
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CP­Verletzung in der QCD: elektrisches Moment des Neutrons. Gemessen wird ein verschwindender Wert, es wird aber ein 10 Größenordnungen höherer Wert vorhergesagt. Wilczek und Weinberg: Einführung eines neuen, massiven Teilchens – des Axions mit , um die CP­Verletzung im QCD­Lagrangian zu beseitigen.
3. Axionen und Primakoff­Effekt
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CP­Verletzung in der QCD: elektrisches Moment des Neutrons. Gemessen wird ein verschwindender Wert, es wird aber ein 10 Größenordnungen höherer Wert vorhergesagt. Wilczek und Weinberg: Einführung eines neuen, massiven Teilchens – des Axions mit , um die CP­Verletzung im QCD­Lagrangian zu beseitigen.
Um Axionen nachzuweisen, muss man den solaren Axionenfluss
Abstand Sonne­Erde
in
Sonnenradius,
Energie
kennen, mit Feinstrukturkonst.
Oberflächenluminosität
Radialposition in der Sonne
Übergangsrate Axion­
­Photon ( Kopplung)
Abschirmlänge
3. Axionen und Primakoff­Effekt
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CP­Verletzung in der QCD: elektrisches Moment des Neutrons. Gemessen wird ein verschwindender Wert, es wird aber ein 10 Größenordnungen höherer Wert vorhergesagt. Wilczek und Weinberg: Einführung eines neuen, massiven Teilchens – des Axions mit , um die CP­Verletzung im QCD­Lagrangian zu beseitigen.
Um Axionen nachzuweisen, muss man den solaren Axionenfluss
Abstand Sonne­Erde
in
Sonnenradius,
Energie
kennen, mit Feinstrukturkonst.
Oberflächenluminosität
Radialposition in der Sonne
Übergangsrate Axion­
­Photon ( Kopplung)
Abschirmlänge
Wellenzahl
Bose­Verteilung,
Plasmafrequenz
Ladung Atom j,
Temperatur, ( , ) Teilchendichten
3. Axionen und Primakoff­Effekt
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nimmt mit fallenden r­Werten zu und erreicht für einen bestimmten E­Wert ihr Maximum.
Dichteplot von und deren explizite Energieabhängigkeit. Raffelt, G., Phys. Rev. D 37, 1356 (1988).
Annahme: wird an einem bestimmten E­Wert ebenfalls max.
Also und somit: (Axionenzählrate)
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Erwartet für NaI­Kristall:
Energie­ und Winkelabhängigkeit der Axionen­
Zählraten, auch wichtig zur Bestimmung des
Oberen Grenzwerts der Axion­Photon­Kopplung
Bernabei, R. et al., Phys. Let B 515, 6­12 (2001).
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Obere Grenzen für darge­
stellt in der ­Ebene für
verschiedene Experimente. Steffen, F. D.: www.arxiv.org
astro­ph/0811.3347v1 (2008).
Die meisten Experimente liefern
­abhängige ­Grenzwerte.
Die Bragg­Reflexion an NaI­Kristal­
len liefert dagegen massenunab­
hängige Abschätzung
Wir werden sowohl modellabhängige als auch modellunabhängige
Axionennachweismethoden im Rahmen von DAMA/LIBRA diskutieren.
(2)
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Feynman­Graphen
der Axion­Baryon­
Interaktion. Bernabei, R. et al.: astro­ph/0511262v1.
Drei Axion­Baryon­Interaktionsarten:
1. Compton­Prozess: Axion koppelt an geladene Fermionen, wird
„comptonartig“ absorbiert und als Photon mit der Energie emittiert. 2. Axioelektrischer Prozess: Das Axion wird durch ein gebundenes Elektron absorbiert, wodurch das Atom ionisiert wird. Die Summe der kinetischen Energie des emittierten „Photoelektrons“ und der Energie der Röntgenstrahlung (inklusive des eventuell entstandenen Auger­
Meitner­Elektrons ) ergibt genau .
3. Primakoff­Effekt: Erzeugung von Axionen durch Wechselwirkung hochenergetischer Photonen mit dem Coulomb­Feld eines Atomkerns.
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WIMPs wechselwirken schwach mit , Zählrate: ca. 20 Ereignisse pro Jahr! Um Axionensiganle zu messen, müssen daher störende Einflüsse (em­Strahlung, CMB, Neutronen, etc.) minimiert werden.
4. Experimentelle Anforderungen
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WIMPs wechselwirken schwach mit , Zählrate: ca. 20 Ereignisse pro Jahr! Um Axionensiganle zu messen, müssen daher störende Einflüsse (em­Strahlung, CMB, Neutronen, etc.) minimiert werden.
Anforderungen:
1. Detektorapparatur muss tief unter der Erdoberfläche positioniert werden.
2. Es werden hochreine Szintillationsmaterialien benötigt, die einen minimalen CMB­Beitrag liefern.
4. Experimentelle Anforderungen
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WIMPs wechselwirken schwach mit , Zählrate: ca. 20 Ereignisse pro Jahr! Um Axionensiganle zu messen, müssen daher störende Einflüsse (em­Strahlung, CMB, Neutronen, etc.) minimiert werden.
Anforderungen:
1. Detektorapparatur muss tief unter der Erdoberfläche positioniert werden.
2. Es werden hochreine Szintillationsmaterialien benötigt, die einen minimalen CMB­Beitrag liefern.
3. Radioaktive Eigenschaften eingesetzter Detektormaterialien müssen überprüft werden.
4. Verfahren zum Transport von Detektorkomponenten, ihre
Montage und Arbeitsweise müssen genau festgelegt sein.
4. Experimentelle Anforderungen
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WIMPs wechselwirken schwach mit , Zählrate: ca. 20 Ereignisse pro Jahr! Um Axionensiganle zu messen, müssen daher störende Einflüsse (em­Strahlung, CMB, Neutronen, etc.) minimiert werden.
Anforderungen:
1. Detektorapparatur muss tief unter der Erdoberfläche positioniert werden.
2. Es werden hochreine Szintillationsmaterialien benötigt, die einen minimalen CMB­Beitrag liefern.
3. Radioaktive Eigenschaften eingesetzter Detektormaterialien müssen überprüft werden.
4. Verfahren zum Transport von Detektorkomponenten, ihre
Montage und Arbeitsweise müssen genau festgelegt sein.
5. Arbeitsumfeld muss stets kontrolliert werden.
6. Es werden effiziente Ra­Kontrollsysteme benötigt. Diese müssen
vor Ort hergestellt werden (relativ hohe Produktionskosten).
DAMA/LIBRA versucht alle Anforderungen maximal zu erfüllen!
4. Experimentelle Anforderungen
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Annahme: DM­Teilchenfluss
führt auf
(DM­Gesamtzählrate)
Mit
Halo­Dichte
DM velocity distribution
DM velocity lab frame
DM cross section
Galactic plane velocity (Erde)
hat man:
und
Modulationsamplitude:
Halo velocity
DM­velocity galactic plane
(Erdumlauf)
konstant + moduliert =
Phase
Inverse Periode
5. DAMA­Messweise
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(1) ist cosinusmoduliert für E<<1; (2) ;
(3) ;
(I)
(4) stammt aus single­hit­events;
(5) hat eine Modulation <0.07;
jedoch noch nicht anwendbar! ist abzuziehen!
(Detektor j, Energiebin k)
Einführen der Restrate
(Gemittelt über
alle Messzyklen)
Likelihood­Funktion
(Zählrate im Zeit­
intervall i)
oder
(II) Maximum­Likelihood­Methode
mit
Poissonscher Erwartungswert
Hintergrund
Masse Detektor j
Detektorlaufzeit
Energiebin
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Gesamteffizienz
Ziel: Minimiere
Schätzfunktion
mit Parametern
und
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Maximum­Likelihood­Methode liefert also und erlaubt die
Aufstellung sog. ­Plots.
(1)
Dies ist auch wichtig bei der Interpretation modellabhängiger DAMA/LIBRA­Ergebnisse.
Die Restratenmethode eignet sich dagegen am besten zur Veranschaulichung der Zeitabhängigkeit der DM­Jahresmodulation im niederenergetischen Bereich.
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(Bernabei, R. et al.: ArXiv.org astro­ph/0804.2738v1)
1. 25 hochreine, strahlungs­
arme NaI(Tl)­Kristalle in einer
5x5­Matrix.
2. Jeder Detektor hat 9.7 kg +
(10.2 x 10.2 x 25.4) cm.
3. Kristalle im Cu­Gehäuse, dieses in der N­Atmosphäre.
4. An zwei Kristallenden je ein
Photomultiplier (PMT) – koinzi­
dente Ereignismessung.
6. DAMA­Aufbau
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(2)
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(Bernabei, R. et al.: ArXiv.org astro­ph/0804.2738v1)
1. 25 hochreine, strahlungs­
arme NaI(Tl)­Kristalle in einer
5x5­Matrix.
2. Jeder Detektor hat 9.7 kg +
(10.2 x 10.2 x 25.4) cm.
3. Kristalle im Cu­Gehäuse, dieses in der N­Atmosphäre.
4. An zwei Kristallenden je ein
Photomultiplier (PMT) – koinzi­
dente Ereignismessung.
5. Cu­Gehäuse + N­Atmosphäre im Paraffinschild. Darüber ist eine
Handschuhbox mit radioaktiven Quellen platziert (zur Kalibration).
6. Um den Paraffinschild ist eine 1 m dicke Steinwand.
7. Energieschwelle der Software 2 keV, physikalische Energieschwelle
bei der kinetischen Energie der Photoelektronen.
(2)
6. DAMA­Aufbau
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Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
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8. Lichtpulsregistrierung beläuft sich bei 5.5 bis 7.5 Photoelektronen.
9. Ein operatives Software­ und Hardwaresystem prüft diverse Umgebungsparameter und sendet Fehlermeldungen an das Personal.
11. DAMA/LIBRA erlaubt Aufnahmen von single­hit­ und multiple­hit­
­Events bis in den MeV­Bereich hinein!
Hauptprozeduren der DAMA/LIBRA­Messung des Effektes der DM­
Jahresmodulation:
1. Jeder Jahresmesszyklus beginnt im Herbst/Winter und endet im Sommer.
2. Routinekalibration der Apparatur wird alle 10 Tage ausgeführt.
3. On­line­Kontrolle der Umgebungsparameter wird regelmäßig vom Interface erstellt und Ergebnisse dem Fachpersonal per E­Mail mitgeteilt. 25.06.2009
(1)
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Störeinflüsse (Bernabei, R. et al.: arXiv.org astro­ph/0804.2741v1)
Amplituden diverser Störungseffekte sind vernachlässigbar klein.
Single­hit­Kriterium fungiert bereits als guter „Störungsfilter“.
Die einzige Modulation tritt im Myonenfluss auf, kann aber auch
ignoriert werden, da sie klein ist.
Je höher die Anzahl der Photoelektronen/keV, desto kleiner ist die
Energieschwelle und höher die Effizienz der Apparatur. Dies ist wichtig für die Gerätekalibrierung.
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(2)
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Materialauswahl
1. Der erreichbare Reinheitsgrad des NaI(Tl)­Szintillationskristalls ist
äußerst hoch und dessen chemische Eigenschaften gut bekannt.
2. Das Material ist kostengünstig, hat eine lange Lebensdauer und
ermöglich einfach steuerbare Arbeitsbedingungen.
3. Material gut kalibrierbar im Niederenergiebereich.
4. Das Material muss weder geheizt noch gekühlt werden und, einmal von radioaktiven Stoffen gereinigt, bleibt es permanent nicht radioaktiv.
5. Das Material ist rauscharm und nicht gesundheitsschädlich.
6. Das Material erlaubt die Aufnahme eines breiten DM­Energiespektrums: Natriumkerne reagieren auf niederenergetische
und Iod­Kerne auf hochenergetische Ereignisse.
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Modellunabhängig:
Keine Angaben über physikalische Natur der
Teilchen. Tabelle: Fit­Funktion
in drei
Niederenergiebereichen
Parameterwahl:
(Bernabei, R. et al.: astro­ph/0804.2741v1)
7. Messergebnisse
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Modellunabhängig:
Keine Angaben über physikalische Natur der
Teilchen. Tabelle: Fit­Funktion
in drei
Niederenergiebereichen
Parameterwahl:
(Bernabei, R. et al.: astro­ph/0804.2741v1)
Die erhöhte Exposition von DAMA/LIBRA hat die Genauigkeit der Fitparameterwerte verbessert. Der Chi­Quadrat­Test bestätigt mit > 99 % C. L. die Hypothese, dass die gemessenen Modulationsamplituden um ihre besten Fitwerte normalverteilt fluktuieren.
D. h. DAMA/LIBRA­ und DAMA­NaI­Messdaten korrespondieren miteinander und bestätigen den DM­Modulationseffekt mit !
7. Messergebnisse
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Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
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(Bernabei, R. et al.: arXiv.org astro­ph/0804.2741v1)
(Kumulatives) Zeitverhalten modulierter Restraten in drei Niederenergiebereichen
.
Die kumulative Exposition beträgt
Best­fit­Werte der Modulationsamplituden:
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(Bernabei, R. et al.: arXiv.org astro­ph/0804.2741v1)
(Kumulatives) Zeitverhalten modulierter Restraten in drei Niederenergiebereichen
.
Die kumulative Exposition beträgt
Der Effekt der DM­
Jahresmodulation im Rahmen der Zeitabhängigkeit von Restraten der single­hit­
Ereignisse ist im Niederenergetischen deutlich zu erkennen!
Best­fit­Werte der Modulationsamplituden:
25.06.2009
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Bernabei, R. et al.: arXiv.org astro­ph/
0804.2741v1.
Fourierspektrum der Leistung von single­hit­
Residualraten für
(schwarze bzw. rote
Kurve).
Links: DAMA/LIBRA­Messdaten; rechts: Kumulative Messdaten von DAMA/LIBRA und seinem Vorgängerexperiment DAMA­NaI.
Man erkennt einen klaren Peak (Hauptfouriermode) im Bereich ­ Im Bereich ist kein solcher Peak zu sehen. 25.06.2009
Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
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Bernabei, R. et al.: arXiv.org astro­ph/
0804.2741v1.
Fourierspektrum der Leistung von single­hit­
Residualraten für
(schwarze bzw. rote
Kurve).
Links: DAMA/LIBRA­Messdaten; rechts: Kumulative Messdaten von DAMA/LIBRA und seinem Vorgängerexperiment DAMA­NaI.
Man erkennt einen klaren Peak (Hauptfouriermode) im Bereich ­ Im Bereich ist kein solcher Peak zu sehen. DIES BESTÄTIGT DIE KORREKTHEIT DER RESIDUALRATENERGEBNISSE!
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Bernabei, R. et al.: arXiv.org astro­ph/
0804.2741v1.
Zeitabhängigkeit der Residualraten für DAMA/LIBRA in Energiebereichen
.
Man erkennt eine klare Modulation im Bereich , wogegen oberhalb von 6 keV kein modulationsähnliches Verhalten der Restra­
tenamplituden zu sehen ist. Der Best­Fit der Residualraten im Bereich beträgt
und ist somit faktisch Null.
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Bernabei, R. et al.: arXiv.org astro­ph/
0804.2741v1.
Energieabhängigkeit
der Modulations­
amplitude via Maxi­
mum­Likelihood­
Methode mit
.
Man erkennt eindeutig ein positives Modulationssignal
im Bereich (2­6) keV, wogegen im Bereich (6­20) keV verschwindend
kleine ­Werte vorkommen, die zufällig verteilt um den Nullwert
fluktuieren.
Der Chi­Quadrat­Test bestätigt mit die Ergebnisse der Restratenanalyse und somit auch den Jahresmodulationseffekt. 25.06.2009
Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
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Modellabhängig:
Betrachten wir die Modulationsamplituden als Funktionen der
Kopplung von DM­Teilchen mit baryonischer Materie und der Masse
dieser DM­Teilchenkandidaten, dann kann man mit Modellannahmen
der ­Plots mittels der Maximum­Likelihood­Methode die DAMA/LIBRA­Messdaten behandeln und konkrete Aussagen über die modellabhängige Energieabhänigkeit der machen.
Die Maximum­Likelihood­Methode ermöglicht sehr genaue Ergebnisse
über die astrophysikalische Natur der DM­Kandidaten und wird gewählt, da der Datensatz poissonverteilt ist.
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Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
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Bernabei, R. et al.: arXiv.org astro­ph/
0804.2741v1.
Modellbezogene Energieabhängigkeit der . Zwei DM­Teilchenszenarien a und b, angewendet auf die modellunab­
hängigen DAMA/LIBRA­Messdaten.
Zur Verbesserung der Unterscheidbarkeit zwischen verschiedenen
DM­Teilchenmodellen ist es notwendig, die Energieschwelle der
DAMA/LIBRA­Apparatur noch stärker zu senken.
DAMA/LIBRA­Ergebnisse sind universell und unabhängig vom modellabhängigen Ausschluss bestimmter DM­
Teilchenkandidaten in genau abgegrenzten Energiebereichen. 25.06.2009
Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
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1. Die DM­Jahresmodulationssignatur wurde mit DAMA/LIBRA mit hohem C. L. tatsächlich beobachtet.
2. DAMA/LIBRA liefert kumulativ mit DAMA­NaI­Messergebnissen
eine Evidenz für die Existenz von DM­Teilchen im galaktischen Halo mit
einem C. L. von .
(1)
8. Schlussfolgerungen und Ausblick
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Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
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1. Die DM­Jahresmodulationssignatur wurde mit DAMA/LIBRA mit hohem C. L. tatsächlich beobachtet.
2. DAMA/LIBRA liefert kumulativ mit DAMA­NaI­Messergebnissen
eine Evidenz für die Existenz von DM­Teilchen im galaktischen Halo mit
einem C. L. von .
3. Gegenwärtig existiert kein weiteres Experiment, dessen Ergebnisse mit denjenigen von DAMA/LIBRA direkt verglichen werden können.
4. Da die Apparatur hochsensitiv ist, alle Störeinflüsse effektiv beseitigt und lange Expositionszeiten des Detektormaterials
gewählt wurden, kann man sagen: DAMA/LIBRA ermöglicht modellunabhängige Evidenz für die Existenz der DM im galaktischen Halo! (1)
8. Schlussfolgerungen und Ausblick
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Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
45
Achtung!
Es gibt auch Experimente, wie CRESST, EDELWEISS, WARP
und andere, die DAMA­Ergeb­
nisse komplett ausschließen!
Steffen, F. D.: www.arxiv.org
astro­ph/0811.3347v1.
Welches der angeführten Experimente, inklusive von DAMA/LIBRA, korrekte Resultate
liefert, kann noch nicht definitiv
gesagt werden.
25.06.2009
Neueste DAMA­Ergebnisse ­
Evidenz für dunkle Materie?
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Ausblick:
Geplant sind:
1. Dritte DAMA/LIBRA­Detektorgeneration mit einigen Tonnen des NaI­
­Szintillationsmaterials. Vorteile: Registrierung mehrerer Ereignisse möglich + genauere Infos über physikalische Natur der DM­Kandidaten.
2. LAMA­Projekt (Large Aperture Mirror Array): Messung des magnetischen Momentes des Neutrinos in Anwesenheit einer künstlichen Neutrinoquelle (auch im Untergrundlabor von Gran Sasso). 25.06.2009
Neueste DAMA­Ergebnisse ­ Evidenz für dunkle Materie?
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Ausblick:
Geplant sind:
1. Dritte DAMA/LIBRA­Detektorgeneration mit einigen Tonnen des NaI­
­Szintillationsmaterials. Vorteile: Registrierung mehrerer Ereignisse möglich + genauere Infos über physikalische Natur der DM­Kandidaten.
2. LAMA­Projekt (Large Aperture Mirror Array): Messung des magnetischen Momentes des Neutrinos in Anwesenheit einer künstlichen Neutrinoquelle (auch im Untergrundlabor von Gran Sasso). Probleme mit dem DAMA­Konzept: 1. Einsatz des gleichen Detektormaterials erhöht nicht die Sensitivität (senkt nicht die Energieschwelle) des Experiments.
2. Dritte Generation DAMA/LIBRA wird systematische Fehler ihres
Vorgängers „erben“.
Deswegen: endgültiger DM­Nachweis steht noch aus.
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Referenzen
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